Formas no celulares
Plásmidos
Moléculas pequeñas de ADN bicatenarias, normalmente circulares
Se transmiten a las siguientes generaciones. Pueden tener genes beneficiosos como resistencia a los antibióticos o capacidad de crear toxinas.
Se utilizan cada vez más en ingeniería genética
Tipos de plásmidos
Conjugativos: tienen genes que codifican pili sexuales para la conjugación
Resistentes: le dan resistencia a los antibióticos
Col: producen bacteriocinas que destruyen otras bacterias
Virulentes: producen toxinas que aumentan la patogeneidad de las bacterias.
Viroides
Pequeñas moléculas de ARN monocatenario y circular que causan enfermedades en las plantas.
Se encuentran casi exclusivamente en el núcleo del hospedador, donde se replican
No se sabe cómo se replican, pero su ARNm no se traduce a proteínas y alteran la expresión de los genes
Hasta ahora patógenos vegetales exclusivos: patata, tomate, limón, tabaco…
Priones
Partículas proteicas infecciosas
Los priones se multiplican convirtiendo proteínas normales en infecciosas.
Causan enfermedades neurodegenerativas en animales (personas)
Encefalopatía espongiforme del ganado (enfermedad de las vacas locas)
Reproducción bacteriana
Bipartición: El material genético se duplica y cada cromosoma queda unido a un punto de la membrana.
Los dos cromosomas quedan separados.
Cuando la célula dobla su tamaño, se producen dos invaginaciones en la zona que queda entre los cromosomas, hasta que ambas se unen.
Se forma la pared y las dos nuevas células se separan.
Las mutaciones son la única fuente de variabilidad genética
Reproducción parasexual: El material genético pasa de una bacteria a otra mediante recombinación genética
3 procesos:
Conjugación: los plásmidos van de la bacteria emisora a la receptora (pili sexual)
Transformación: cuando el ADN transferido se integra en el genoma de la bacteria (Episoma)
Transducción: el ADN pasa de una bacteria a otra mediante un virus bacteriófago
Continua: 3’→5′ cadena origen, polimerasa irá sintetizando la nueva cadena complementaria 5’→3′. Cadena sintetizando conductora. Dura indeterminada. Pol-III no dejará molde hasta que haya replicado toda la cadena. Discontinua: 5’→3′ de la cadena de origen. Polimerasa replicará fragmentos Okazaki 3’→5′, irá separando cadenas y hace hueco; ligasas cogen esos fragmentos y los unen entre ellos. Cadena formando retardada.Inicio: replicación, necesita proteínas ADN. Siempre mismo lugar, secuencia específica indica origen. Proteínas ADN que conozcan esa secuencia, suelen tener moléculas ARN complementarias a esas secuencias. Proteínas se colocan sobre ella. ADN se abre en el punto de origen. Para poder separar las 2 cadenas y deshacer la hélice, aquí hay tensión y hay topoisomerasas que cortan la cadena en un punto, desenrollan y vuelven a unir, permitiendo que estén separadas. Una vez desenrollada, la enzima helicasa entra en acción. Proteínas SSB mantienen las cadenas abiertas. Donde ocurre la replicación, se forma la horquilla de replicación. Síntesis de cebadores: al comienzo de la replicación, la pol-III necesita un fragmento corto de ARN con 3′-OH libre. Este fragmento se llama cebador y es sintetizado por la ARN primasa.Elongación: comienza en el punto de origen y luego se extiende en ambos lados. Ambos lados formarán cadenas nuevas, una continua y otra a fragmentos. La elongación de la cadena conductora es realizada por la ADN polimerasa que, a partir del cebador en sentido 5’→3′, va añadiendo nucleótidos. La polimerasa utiliza nucleótidos trifosfatos como sustrato en reacciones irreversibles. La síntesis de la cadena retardada: en la replicación se forman trozos. Son los fragmentos Okazaki más el cebador. La enzima Pol-III comenzará desde el cebador a sintetizar los Okazakis hasta el siguiente cebador. Parará y se liberará del ADN. La segunda cadena no será continua y habrá pequeños fragmentos de ARN. Los cebadores se quitan y se ponen ADN para unir los trozos de cadena. Esto ocurre mientras la cadena se alarga y no llega al final. La Pol-I se encarga de quitar los fragmentos de ARN y poner ADN. El ARN necesita una exonucleasa 5’→3′ para quitar los ribonucleótidos y poner desoxirribonucleótidos. Para unir los fragmentos Okazaki se necesita la enzima ADN ligasa, que forma enlaces éster entre los 2 extremos. En esta reacción, el ATP actúa como coenzima.Final: las moléculas de ADN tienen secuencias específicas que indican el final (Ter). En procariotas, el ADN es circular.
La replicación del ADN es simultánea en las dos cadenas, es decir, se da en 2 sentidos. La replicación empieza en un punto exacto del ADN llamado origen de replicación o OriC. En ese punto, la enzima helicasa separa las dos cadenas de ADN rompiendo los puentes de hidrógeno formados entre las bases complementarias. La ADN polimerasa comienza a duplicar las cadenas, catalizando los enlaces fosfodiéster. Para ello, utiliza la energía en forma de ATP. Pero hay un problema: las cadenas de ADN son antiparalelas, es decir, una se sintetizará en sentido 5’→3′ y la otra en 3’→5′. Todas las polimerasas conocidas solo trabajan en sentido 5’→3′. EUCARIOTAS: la replicación es parecida en procariotas y eucariotas, pero el material genético de las eucariotas es más complejo y por ello tiene estas particularidades: Las cadenas de ADN, al ser muy largas, la replicación comienza en varios puntos simultáneamente y se forman muchas unidades de replicación llamadas replicones, cada una con su punto inicial y final de replicación. Hay 5 tipos de ADN polimerasa. En los eucariotas, el ADN está unido a las histonas. Esto, por una parte, dificulta la replicación y, por otra, también se tienen que replicar las histonas. La replicación del ADN se completa cuando llega al telómero. Aún así, cuando se elimina el último cebador, la cadena retardada queda sin terminar, ya que la ADN polimerasa no sintetiza en sentido 3’→5′. Como consecuencia, cada vez que se divide la célula, el telómero se va acortando. Este fenómeno está unido a la apoptosis y al envejecimiento.
La transcripción permite tomar secuencias de bases nitrogenadas de un gen y obtener una secuencia de ARNm con bases nitrogenadas complementarias. El ARNm se sintetizará en una cadena polipeptídica en el proceso de traducción. En eucariotas ocurre dentro del núcleo y en procariotas en el citoplasma. Condiciones: una cadena de ADN que funciona como molde. Enzimas: controlado por ARN polimerasas. En procariotas hay 1. En eucariotas hay 3: pol-I, II y III. Ribonucleótidos trifosfatados A, G, C, U. La ARN polimerasa trabaja en sentido 5’→3′. Inicio: la ARN polimerasa reconoce una zona específica de la secuencia de ADN llamada promotor. Para conocerlo, es necesario que se unan unas proteínas llamadas factores de transcripción. Estas proteínas se unen al promotor y activan la ARN polimerasa, que cambia de conformación y desenrolla una vuelta del ADN. Aparece la burbuja de transcripción y la ARN polimerasa irá cambiando de sitio. En procariotas hay muchos promotores, siendo común la caja TATA. En eucariotas, el promotor tiene una secuencia específica. Las proteínas factores de transcripción son necesarias para ayudar a la unión de la ARN polimerasa y regular su actividad.Elongación: la ARN polimerasa lee el molde de ADN en sentido 3’→5′, por lo que la síntesis de ARN se da en sentido 5’→3′. Para ello, a la cadena de ARN que se va formando se le van uniendo ribonucleótidos en el extremo 3′-OH. Los ribonucleótidos se irán añadiendo en función de la complementariedad. En eucariotas, se transcriben exones e intrones. Los intrones son regiones no codificantes que no codifican proteínas. Al unir 30 nucleótidos de ARN, se añade en el extremo 5′ una caperuza de metilguanosina trifosfato, que funcionará como señal de inicio de traducción.Final: la ARN polimerasa sigue trabajando hasta encontrar la secuencia final del ADN molde. En procariotas, la secuencia final es una zona palindrómica. El ARN forma una horquilla y el ARNm se separa del ADN. En eucariotas, la horquilla es parecida. La señal final es TTATTT. Se separa el ARN en 3′ y una cadena poli-A.Maduración: el ARN obtiene un proceso de transcripción primario. En procariotas, el ARNm no es precursor y puede utilizarse directamente. El ARNt y el ARNr sí tienen un transcripto primario y tienen que cumplir un proceso posterior a la transcripción. Esto ocurre en el núcleo. El proceso se llama SPLICING y consiste en eliminar los intrones transcritos y juntar los exones.
La traducción es el proceso mediante el cual la información que hay en las secuencias de bases del ARNm se convierte en la secuencia de aminoácidos de una proteína. Hay un mediador, el ARNt, que forma una estructura en forma de trébol. En el extremo 3′, siempre hay el trío CCA, donde la adenina sostiene el aminoácido. En el brazo contrario está el anticodón, que es un trío complementario al triplete del ARNm. Cada ARNt es específico para un aminoácido y se activa en forma de aminoacil ARNt, es decir, el aminoácido se une al codón CCA del ARNt, gastando ATP. Esto es catalizado por la enzima aminoacil ARNt sintetasa.Inicio de la síntesis de proteínas: para que comience la síntesis de proteínas, se necesita una señal: tiene que haber un codón de inicio AUG en el ARNm. Siempre comienza AUG más cerca de la caperuza y el primer aminoácido de la cadena polipeptídica es metionina. Desaparece al final del proceso. La caperuza es metil GTP del ARNm. La energía se libera por hidrólisis del metil-GTP y se utiliza para que la subunidad pequeña del ribosoma se una al ARNm. Se le unirá el primer ARNt. La subunidad grande del ribosoma se une al complejo anterior. En el lugar P se encuentra el ARNt-Met. En el lugar A está libre para recibir al siguiente ARNt que lleva el aminoácido. FI.Elongación de la cadena polipeptídica: ocurre el crecimiento de la cadena polipeptídica mediante repeticiones de ciclos de elongación, donde se añade un aminoácido a la cadena. Fase 1: en el lugar P se encuentra el ARNt-Met; otro ARNt entra en el lugar A, que tendrá un anticodón complementario al siguiente codón de AUG. Fase 2: la metionina está unida mediante el carboxilo al ARNt; se rompe y se une al grupo amino del siguiente aminoácido, catalizado por la enzima peptidil-transferasa. Se forma un dipéptido en el lugar A, mientras que en el lugar P se coloca un ARNt sin aminoácido. Fase 3: el ribosoma desplaza 3 nucleótidos del ARNm en sentido 5’→3′, como consecuencia el ARNt del lugar P se expulsa y el dipeptidil-ARNt que ocupaba el lugar A pasa al lugar P, quedando libre el lugar A. El ciclo está preparado para comenzar de nuevo. Este proceso es catalizado por factores de elongación y requiere el gasto de GTP. Final de la síntesis de proteínas: la síntesis de la cadena polipeptídica se detiene cuando en el lugar A aparece un codón STOP. Un factor proteico de terminación se une al codón final para que no se una otro ARNt. El ribosoma se desplaza y libera la proteína. Cuando el ARNm es largo, varios ribosomas pueden leerlo a la vez, formando una estructura llamada polirribosoma.
Las mutaciones son cambios en la secuencia de ADN que se transmiten a otras células. Pueden ocurrir en todo el genoma. La recombinación genética es una de las principales causas de diversidad genética. Dependiendo de la célula: germinales: son hereditarias y ocurren en la gametogénesis. Somáticas: se transmiten a las células creadas por mitosis. Son más abundantes cuanto más se dividen las células. Dependiendo de la magnitud: puntuales: son cambios significativos que ocurren en un único par de nucleótidos. Cromosómicas: los cambios ocurren en la estructura cromosómica. Genómicas: cambian el número de cromosomas, como las euploidías (monoploidías y poliploidías) y las aneuploidías (trisomías y monosomías). Mutaciones que sustituyen bases: pueden ser de transición o de transversión. Mutaciones por cambios en la pauta de lectura. Mutaciones cromosómicas: pueden ser deleciones, translocaciones, inversiones o duplicaciones. Mutaciones genómicas: pueden ser euploidías (monoploidías y poliploidías) o aneuploidías (trisomías y monosomías). Agentes mutagénicos: pueden ser físicos o químicos. Mecanismos para reparar el ADN: eliminar agentes mutagénicos, reparar directamente la lesión, reparación por medio de la división celular o reparación de rotura de la doble cadena. Tumor: es una masa anormal de células que puede ser benigna o maligna. Las células tumorales crecen rápido y sin control, son capaces de provocar relaciones anormales con las células alrededor, crecen unas sobre otras invadiendo tejidos normales y tienen la capacidad de migrar por la sangre y originar metástasis. Una célula se vuelve cancerosa cuando acumula múltiples mutaciones que juntas impiden el control normal de la división celular. El cáncer es una enfermedad causada por alteraciones en la expresión génica.